Machines dynamoélectriques à double entrefer

Abstract

 Dans ces machines, la jante (16) du rotor (13), supportée en porte-à-faux par des bras obliques (15), est garnie d'un double jeu de pièces polaires (17 et 18), l'un adossé à la partie externe de la jante (16), et appelées pièces polaires périphériques (17), l'autre adossé à la partie interne de la jante (16) et appelées pièces polaires internes (18).
Les pièces polaires périphériques (17) définissent avec un premier stator (20) adossé à la carcasse externe (10) de la machine, un premier entrefer (19).
Les pièces polaires internes (18) définissent avec un second stator (22) adossé à une carcasse interne, un second entrefer (21).
Les pièces polaires, internes et périphériques (17 et 18), sont disposées dos-à-dos, par paires de polarités inverses, pour obtenir un flux radial dans la jante (16) et les pièces polaires (17 et 18).

Description

[0001] Depuis plusieurs années un intérêt croissant s'est manifesté dans la recherche de l'utilisation rationnelle des énergies disponibles en équipant notamment les basses chutes des rivières de plaine de centrale hy~ dro-électriques munies de groupes bulbes. Ces groupes bulbes ont été choisis en raison de leur compacité conduisant à une économie importante des travaux de génie civil, à une plus grande simplicité de construction et de montage et aux formes régulières et continues des conduits hydrauliques contribuant à augmenter les performances hydrauliques de la turbine.

[0002] Ces groupes bulbes sont caractérisés par la position de l'alternateur monté au sein même de l'écoulement dans une bâche étanche à l'eau.

[0003] Dans la plupart des cas, la roue de turbine attaque directement l'alternateur dont le rotor est accouplé à l'arbre de la turbine par un croisillon comportant un moyeu creux et des bras radiaux supportant la jante sur laquelle sont adossées les pièces polaires. Souvent la virole du bulbe sert de carcasse au stator de l'alternateur dont le noyau magnétique est supporté par plusieurs pattes de fixation réparties régulièrement à la périphérie de la carcasse.

[0004] Dans ces réalisations, le diamètre extérieur maximal de la bâche est plus ou moins le même que celui de la roue motrice. Ce fait conduit à un taux de remplissage très faible de la partie interne du bulbe puisque les parties actives sont situées en périphérie et que le centre est occupé par les moyens de liaison entre la jante recouverte de pôles et l'arbre de la machine. La présente invention remédie à cette mauvaise utilisation de l'espace disponible à l'intérieur du bulbe en équipant la machine d'un second stator et en munissant le rotor d'un second jeu de pièces polaires.

[0005] La machine revendiquée selon cette invention comprend donc un rotor muni d'un premier jeu de pièces polaires fixées à la périphérie de la jante du rotor et appelées pièces polaires périphériques et d'un second jeu de pièces polaires fixées sur la partie interne de la jante et appelées pièces polaires internes.

[0006] Les pièces polaires périphériques défilent devant un premier stator dit stator périphérique dont la carcasse est la virole du bulbe. Les pièces polaires périphériques sont séparées du rotor périphérique par un premier entrefer dit entrefer périphérique.

[0007] Les pièces polaires internes défilent devant un second stator dit stator interne dont la carcasse est maintenue par une solide couronne entretoiséeà la virole du bulbe. Les pièces polaires internes sont séparées du stator intecnepar un second entrefer dit entrefer interne.

[0008] En créant ainsi un second entrefer on augmente fortement la puissance de la machine pour un même encombrement, ou encore, à puissance égale on réduit sensiblement le diamètre du bulbe. Cette dernière possibilité offre un double intérêt; elle augmente le nombre de groupes disposés sur un même barrage et elle diminue le coût du génie civil grâce à un encombrement transversal réduit dû à la diminution de la longueur du bulbe pour conserver le même étranglement de la veine fluide.

[0009] Dans cette nouvelle réalisation, la jante, munie des deux jeux de pièces polaires: les pièces polaires périphériques et les pièces polaires internes, est soutenue en porte-à-faux par des bras obliques reliés au moyeu.

[0010] L'invention est d'avantage détaillée dans les figures suivantes:

La figure 1 est une coupe représentant la disposition classique d'un alternateur de groupe bulbe.

La figure 2 est une coupe d'un alternateur de même puissance réalisé selon l'invention revendiquée.

[0011] A la figure 1, un axe 1 représente l'axe d'un arbre de turbine accouplé à un rotor 2 d'un alternateur par l'intermédiaire d'un croisillon 3 formé d'un moyeu creux 4 et de bras radiaux 5 solidarisés au moyeu 4. Les bras radiaux 5 servent de support à une jante 6 sur laquelle sont adossées des pièces polaires 7. Séparé par un entrefer 8, ce rotor 2 tourne dans un stator 9 constitué d'une carcasse 10 sur laquelle prennent appui une série de pattes de fixation 11 servant de support à un noyau magnétique 12.

[0012] Dans cet exemple de réalisation la carcasse 10 fait office de virole du groupe bulbe.

[0013] La figure 2 représente un exemple de réalisation d'un alternateur à double entrefer.

[0014] Dans cette figure 2, l'axe 1 de l'arbre de la turbine est accouplé à un rotor 13 composé d'un croisillon 14 formé d'un moyeu creux 4 et de bras obliques 15 soutenant, en porte-à-faux, une jante 16 sur laquelle sont fixées, côté externe, un premier jeu de pièces polaires dites pièces polaires périphériques 17 et, côté interne, un second jeu de pièces polaires dites pièces polaires internes 18.

[0015] Séparées par un entrefer périphérique 19, les pièces polaires périphériques 17 défilent devant un premier stator bobiné appelé stator périphérique 20 dont le noyau magnétique 12 prend appui sur la virole 10 faisant office de carcasse par l'intermédiaire de pattes de fixation 11.

[0016] De même, les pièces polaires internes 18 séparées par un entrefer interne 21 défilent devant un second stator appelé stator interne 22 comportant un noyau magnétique 23 adossé par l'intermédiaire de pattes de fixation 24 à une carcasse interne 25 reliée elle-même à la virole 10 par l'intermédiaire d'une couronne entretoise 26.

[0017] Les pièces polaires périphériques 17 et les pièces polaires internes 18 adossées de part et d'autre de la jante 16 sont fixées à celle-ci de manière que des pièces polaires de signe contraire soient disposées dos-à-dos pour obtenir un cheminement harmonieux du flux magnétique. Dans cette machine à double entrefer, le flux est donc radial dans ces pièces polaires internes 18, dans la jante 16 et dans les pièces polaires périphériques 17 et est tangentiel dans les noyaux magnétiques 12 et 23. Une réalisation conduisant à une application particulièrement économique de cette dispositionà double entrefer est relative à un alternateur de groupe bulbe puisqu'elle entraîne une réduction de diamètre du groupe bulbe.

[0018] Cette nouvelle disposition peut aussi s'appliquer à des turbines Kaplan à axe vertical, dont la vitesse de rotation n'est pas trop élevée. Dans ce cas, l'axe de l'alternateur est lui aussi vertical et le stator interne 22 est monté sur site après la mise en place de la roue de turbine par enfilade à travers le stator périphérique 20.

[0019] Cette machine avec double stator offre l'avantage de pouvoir continuer à fonctionner si un incident survient sur un bobinage de l'un ou l'autre des deux stators.

[0020] La disposition faisant l'objet de cette invention s'applique évidemment à un groupe réversible tel qu'un alternateur-moteur accouplé à une turbine-pompe.

Revendications

1. Machine dynamo-électrique composé d'un stator (20) formé d'un noyau magnétique bobiné (12) adossé à une carcasse (10) et d'un rotor (13) comportant des moyens de liaison (14) à un arbre de turbine et une jante (16) sur la face externe de laquelle sont fixées des pièces polaires (17) qui définissent avec le noyau magnétique (12) du stator (20) un entrefer (19),
caractérisée en ce qu'un second jeu de pièces polaires (18) sont fixées sur la face interne de la jante (16) du rotor (13)et en ce qu'un second stator (22) d'un diamètre plus petit appuyé sur une carcasse interne (25) est constitué d'un noyau magnétique bobiné (23) qui définit avec les pièces polaires internes (18) un second entrefer (21) dit entrefer interne.

2. Machine dynamo-électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la carcasse interne (25) est reliée à la carcasse (10) par l'intermédiaire d'une couronne entretoise (26).

3. Machine dynamo-électrique selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que les pièces polaires (17 et 18) fixées en nombre égal de part et d'autre de la jante (16) sont disposées par paire suivant un même rayon, chaque paire étant constituée de deux pièces polaires de signe contraire.

Dessins